砂石處理流程自動化控制
摘要
本文研究并落實了砂處理生產線的機械化、電氣自動化、工藝流程化的各過程控制體系，使得諸過程互相關聯、有機結合，滿足高效率、低強度、高質量的生產線要求。經使用表明，這條生產線的控制是成功的。
關鍵詞：自動控制；工藝流程；人工砂生產
概述
機制砂生產線的生成流程大致為：(料倉)->振動給料機->顎式破碎機->反擊式破碎機(可選)->沖擊式破碎機->振動篩->洗砂機->(成品砂)，各設備中間以溜槽或皮帶輸送機相連。石料生產設備的選型主要是根據制砂原料的特性來選型的。砂石料生產設備的選型將直接影響到產品質量和加工系統的投資。
根據鑄造企業的生產要求，通過調查研究和鑄造設備產品的科技水平，設計建成了一條用于20t/h濕型砂的砂處理機電一體化生產線。該生產線主要包括：舊砂處理及分配系統，型砂配制處理系統，型砂輸送分配系統，原輔料輸送分配系統，全系統鋼結構，全系統除塵裝置，全系統電氣裝置等部分。全線從鑄型落砂到型砂進入分配使用，共由19種45臺砂處理設備組成。全套設備可進行自動和單動控制，用模擬屏顯示并操縱各設備運轉，另外還備有預警、通訊、計數等裝置。經過生產證明，全套設備運轉正常，型砂質量達到了工藝要求，是一條比較先進的生產線。
一、工藝流程概略
整個生產流程分為3條聯動線和3個現場控制站，由設在車間內中心控制室進行集中控制。
1.1 舊砂處理系統流程
舊砂處理系統工藝流程見圖1。根據工藝要求需要處理20t/h的舊砂量。舊砂由慣性振動落砂機(L121)落下，產生的煙塵由回轉式布袋除塵機(干法除塵)吸去，落下的舊砂由PD1皮帶輸送機送到Y3745斗式提升機1中。在此同時舊砂經過了在皮帶機上懸掛的S999永磁分離機和S977皮帶永磁滾筒的二級磁選分離，除去舊砂中的鐵質雜物，其間舊砂塊經B650雙輪破碎機破碎。
經斗式提升機1的舊砂有二條分配路徑：一路為正常情況下至ZS750直線振動篩，篩下的砂經S8640振動沸騰冷機及干法除塵機2、濕法除塵機除塵吸熱后至Y3745斗式提升機2，篩上余物從篩上溜出；另一路為當直線振動篩振動沸騰冷卻機產生故障時，為不影響生產，通過打開提升機1上的轉向閘門，舊砂即溜至 皮帶機并送至3745斗式提升機2中。斗式提升機2送出舊砂，根據需要既可以由PD2皮帶機直接送至混砂機上舊砂斗1或2，又可以在犁式卸料器的作用下送至舊砂儲存斗中。舊砂儲存斗中的舊砂，根據需要可由圓盤給料機重新送到斗式升機2中。此系統考慮到生產的發展，設備負荷率為65%左右。砂中泥份的 和舊砂的冷卻是舊砂處理的關鍵，采用了新型的S8640振動沸騰冷卻機，見圖2。
1.2 型砂混制系統
該系統流程，見圖3。系統選用2臺Slll8A混砂機，每臺混砂機配有一臺電子配料秤。配料時，舊砂新砂分別由Y415舊砂帶式給料機、新砂帶式給料機(雙向)供給，粘土、煤粉分別由2臺GXl20螺旋給料機供給，混砂需由定量水表定量供給。型砂的配制，采用輾輪彈簧加壓高效Slll8A混砂機?？紤]原輔材料配制過程的準確性和可性，采用微機稱量數顯數控帶式給料機和螺旋給料機給料，定量水表控制水的定量加入。
1.3 型砂輸送及分配工藝流程
工藝流程見圖4，由PD3皮帶輸送機送來的面砂或背砂，可由PD4、PD5皮帶輸送機送到面砂中間斗或背砂中間斗中，并經圓盤給料機分別由PD6皮帶輸送機送出。輸出的型砂由S357雙輪松砂機松散，并由PD7皮帶輸送機上的犁式卸料器分配到各型砂斗中。
二、電氣控制系統
2.1 集中控制室
采用以集中控制為主的控制方案，見圖5。
電氣控制設有1個總控制臺和模擬屏、4個分柜。電氣元件分別裝于分柜和控制臺中，每臺設備的起動、運行指示情況在模擬屏上顯示?，F場有振動落砂機及除塵機1的起動和推箱機的控制、混砂機旁的手動控制、造型機上方的型砂供給控制3個按鈕控制站，3個按鈕控制站及混砂機上方 和型砂中間儲存斗 上裝有電話通訊，遇事可直接與控制室聯系或得到控制室的調度。砂處理全系統各設備采用有過載保護措施。
2.2 舊砂處理、型砂輸送分配的起動，停車控制
舊砂處理和型砂輸送分配采用逆序起動、順序停車的控制方式，見圖6。
起動時，由系統送砂末端的設備先起動(如舊砂處理的PD2皮帶輸送機)，依次向反送砂方向起動另外的設備，直到系統送砂始端的設備起動(如舊砂處理的PDl皮帶輸送機);停車時，先停系統送砂始端設備(如舊砂處理中的PD1設備)，依次向送砂方向停另外的設備，直至系統送砂末端設備(如舊砂處理中的PD2設備)。另外，根據需要還可以 手動起動和停車。
2.3 配料混砂系統控制
配料運行自動控制見圖7。配料控制系統采用的是STR..1型電阻應變式拉力傳感器，其主要性能指標為： 拱橋電壓：12VAC或DC；額定測量范圍:0~490N；額定輸出值：不小于1mV/V。
SMC微機配料儀的主要性能為：顯示方式，數碼顯示；定值特性：5個接點控制信號輸出；輸出容量：DC27V，1A；輸出特性：位串型，BCD代碼，TTL電平；拱橋電壓：10VDC。
根據工藝要求，采用了設計定制的SMC微機配料儀，SMC微機配料儀接受黃砂、陶土、煤粉、舊砂等料配比參數量，對輸入控制量可瞬時顯示，并輸出五個接點控制信號。在混砂機起動且混砂機門關閉后即有了主令信號，1J工作；又在料斗門氣動閥處于2J工作態時，即開始配料。1CJ工作，舊砂加入，根據輸入的工藝要求至一定量后1JT工作，舊砂停止加入。2CJ開始工作，陶土加入。同樣加入煤粉、黃砂。直至4JT工作，等待卸料信號。配料混砂功能見圖8。配料完畢，4JT工作，混砂機卸料門開，料斗卸料。
延時后，料斗門關進行第二次配料?；焐伴_始，延時干混，然后延時定量加水，延時濕混。完畢后混砂機門打開延時出砂，出砂完畢關門，進行第二機混輾。這樣周而復始地在要求參數下自動進行。各階段混輾時間可根據工藝要求調節。
三、關鍵項的設計
3.1 關鍵工藝的考慮
(1)舊砂的除塵和降溫.舊砂中的灰塵較多，為此在舊砂輸送段上加設了“沸騰冷卻”裝置。進行舊砂的除塵和冷卻。
除塵量G的計算為:G=(A-B)/A* 式中：
A——除塵前單位舊砂量中的含泥量；
B——除塵后單位舊砂量中的含泥量。
可有效地調節“沸騰冷卻”系統上的風門 2%~12%的灰分。冷卻后的砂溫Ts2可由下式計算：
Ts2=(Ts1-Tg1)/eAL+tg1度。
式中Ts1——進入沸騰床的砂溫；
Tg1——進入沸騰床的空氣溫度；
A——設備常數，m-1；
L——沸騰床的長度，m；
冷卻后的砂溫為比室溫高5-10。
(2)降低工人的勞動強度為了降低工人的勞動強度提高生產水平，必須提高機械化運輸和控制水平。為此在生產過程中采用了帶式輸送機、提升機運輸舊砂、新砂和輔助材料的機械化運輸方式，采用了電氣聯鎖控制、配砂自動控制和模擬屏顯示等自動控制方式，形成了機電一體化的生產線系統。
(3)機械化運輸電氣聯鎖設計。
(4)聯鎖線上有#聯鎖和# 聯鎖兩種工作狀態。
(5)逆工序(逆運送方向)起動。
(6)運行時，聯鎖線上任何一臺電動機在正?；?停車時，給料方向上的電動機也停車。
(7)聯鎖起動時，起動前發出起動“預告信號”，時間20s，告知其他人離開設備，避免發生 。
(8)易發生 的設備旁設置“ 開關”。
(9)聯鎖線的電動機旁設起停按鈕，可在“ 聯鎖”工作狀態下使用。
(10)除塵用的風機加入聯鎖，先于對應設備起動，遲于對應設備停車。
(11)在集中控制室有模擬屏，用光信號顯示各設備的運行情況。
(12)控制室與控制點(需要聯系的場所)采用專用電話聯系。
3.2 微機儀現場實時信息的輸入輸出
混砂系統中的配料微機儀采用怎樣的現場信息輸入和控制輸出方式，主要是由現場對象的工作特點和當代電子器件技術所決定的。本配料微機儀的現場信息輸入接口見圖9。配料過程中各種料加料的重量信息通過STR..1傳感器以供橋輸出電信號，經放大后進入A/D模數轉換器的輸入端IN0，經A/D轉換后直接給微處理器。微處理器處理后經輸出系統形成數字開關量控制微型繼電器。不同的模擬輸入量產生不同的數字開關量，控制不同的微型繼電器。由微型繼電器的接點的通斷來控制現場一種料的加料停止和另一種料的加料開始，以達到自動控制的目的。
A/D模數轉換器ADC0808的程序控制，由輸出指令起動A/D轉換，轉換結束后產生EOC高電平作為中斷請求。B端口為81H，起動IN0端口號為78H，IN0通路的轉換程序為：
CONTV:
ORG2000H
LDA，00H
OUT(78H)，A；起動A/D轉換
PINT:INA，(81H)；查詢等待
AND80H
JRZ，PINT
INA，(78H)；輸入轉換后數據
LD(SOUR)，A；送內存單元
RET
四、體會和以后的發展
(1)經過較長時間的生產，證明這條機電一體化生產線的設計是合理的，設備選用、設計和制作是正確的，舊砂中除去了鐵塊，降低了砂溫，測試一次吸灰率高達18%，并可予以調節。型砂混制、配料可準確控制，型砂質量得以保證，產品質量大為提高，廢品率下降了10%左右，生產能力擴大，可達年產優質可鍛鑄鐵件6500t的生產水平。
(2)設備的正確使用和保養是至關重要的。砂處理設備的使用常處于水蒸氣、粉塵、高溫等惡劣環境中，許多地方必須每班清理，精心保養嚴守操作規程。如斗式提升機的砂流轉角處，沸騰機鼓風腔，斗壁、混砂機內部等，有些需每班清理、鏟動，有的需定期清理。對設備易損件，要按修理計劃定期 更換，加油保養。振動部分的螺母要定期 擰緊。這些，機械化生產的企業都是有經驗教訓的。
(3)新舊砂的要求。新砂有時太潮，對提升機運轉不利，所以要從管理上保證新砂的風干時間，對于量大時可增添烘干設備進行干燥處理。對于舊砂，有地面造型時，地面造型回用處理的舊砂水分不能太高，應在沒打水之前回用，以免過篩、沸騰、除塵處理困難。
(4)關于通風除塵，由于舊砂處理輸送系統路徑較長，有些轉接處還有灰塵飛揚現象，可增加防(除)塵設施?；焐皺C處的塵粒一般是陶土和煤粉，所以可用插入式除塵器，邊除塵邊回用。
(5)根據給料速度和工藝精度要求，混砂配料用螺旋給料機型號還可加大一檔，以提高粉料的給料速度。
(6)本砂處理生產線，主要是與機械化造型相配的。所以，再增加二臺混砂機，生產能力可擴大到35~40m3/h。
砂石生產線是按照出料類型來定義的，生產出來的成品包括石料和人工砂，也稱砂石料生產線。相當于石料生產線和制砂生產線的結合。在筑路，建筑等的原料廠內，往往需要砂石料公有的生產線，本套砂石料生產線設備便能滿足需要石料和人工沙同時生產的要求。